Участок выщелачивания бокситовых спеков в трубчатых выщелачивателях глиноземного цеха

 

 

 

 

 

 

2. Расчет материального баланса глиноземного цеха.

 

Исходные данный для расчета

1. Химический состав боксита и известняка в пересчете на сухое вещество). %:

Боксита Al2O 3=46,4; Fe2O 3=26,9; SiO 2=10,8; TiO2=1,63; СаО = 3,75; СО2=1,67 п.п.п. = 8,42; пр.= 0,43; Н2O=7,0.

Известняка СаО = 54,2; СО2=42,6; SiO 2=1,3; прочие 1,9 (всего 100%); влага (Н2O) = 6,0.

2. Удельный расход кальцинированной соды в пересчете на 100% Na2CO3, 150,0 кг (Na2О = 87,74 кг); состав кальцинированной соды: 98,6% Na2CO3; 0,9% прочие; 0,5% Н2O.
3. αк алюминатного раствора 1,5.
4. Влажность шихты, поступающей на спекание, 35%; дозировка компонентов в шихте, мол.:

Na2О / (Al2O 3 + Fe2O 3) = 1,0;       СаО / (SiO 2 + TiO2) = 2,0.

5. Влажность белого шлама 34,0%, количество белого шлама 120 кг; состав сухого белого шлама, %: Al2O 3=31,3; Na2О = 19,4; Fe2O 3=3,1; SiO 2 =29,4; СаО = 2,9; СО2=2,1; п.п.п. = 11,8 (всего 100%).
6. Товарный выход глинозема 84,6%; извлечение Al2O 3 при выщелачивании спёка 87,1 %.
7. Влажность отвального шлама 33%.
8. Влажность гидроксида алюминия 10,4%.
9. I стадия обескремнивания проводится в автоклавах в течении 2 ч при 130° С; кремниевый модуль алюминатного раствора при этом возрастает до 350 – 400; обескремнивание идет с добавками белого шлама.
10. II стадия обескремнивания проводится в мешалках при 95° С в течение 2 ч; на обескремнивание подается часть шлама, выделяющегося на II стадии обескремнивания, после его обработки содовым раствором для извлечения Al2O 3 ( другая часть шлама поступает в отделение подготовки шихты), а также известковое молоко концентрацией СаО 300 г/л из расчета 3г СаО на 1 л раствора. Состав шлама, образующегося на II стадии обескремнивания, отвечает формуле 3СаО · Al2O 3 · 0,18 SiO 2 * 5,6 Н2O, влажность шлама 30%.
11. После регенерации Al2O 3 из шлама II стадии обескремнивания образующийся сода-щелочной раствор поступает на выщелачивание спёка, а карбонатный шлам влажностью 33,0% - на приготовление шихты. Принимаем, что Al2O 3 и SiO 2 при регенерации полностью переходят в раствор, а шлам по составу отвечает СаСО3 (практически 95% Al2O 3 переходит в раствор); αк содощелочного раствора 3,4.
12. Потери Al2O 3 и Na2О по переделам принимаем по данным практики в таблице №1.
13. Расход воды на промывку, м3:

Отвального шлама ……………6,938

Белого шлама………………….0,06

Карбонатного шлама………….0,0398

Гидроксида алюминия………...0,80.

 

Таблица 1 – Потери Al2O 3 и Na2О по переделам производства

Переделы	Al2O 3		Na2О, кг
	% от содержания в боксите	кг
Дробление	0,30	3,51	-
Размол	0,30	3,51	0,5
Спекание	0,30	3,51	2,0
Дробление спека	0,20	2,34	1,0
Выщелачивание спека:	-	-	-
Химические потери	12,90	150,95	77,24
Недоотмывка, разложение раствора	0,50	5,85	1,0
Обескремнивание	0,10	1,17	0,5
Карбонизация	0,20	2,34	0,5
Выпар	-	-	1,0
Кальцинация	0,60	7,02	4,0
Всего потерь	15,40	180,2	87,74

 

 

Приготовление шихты

 

При товарном выходе Al2O 3 84,6% для получения 1 т глинозема необходимо переработать сухого боксита:

(990 * 100)/(46,4 * 0,846) = 2522,01 т;

Где 990 – содержание Al2O 3 в 1 т товарного глинозема.

В этом боксите содержится Al2O3:

2522,01 * 0,464 = 1170,2 кг.

Тогда потери Al2O3 составят:

1170,2 – 990,0 = 180,2 кг.

Потери Al2O 3 при дроблении и размоле составляют 7,02 кг (см. табл.1), что соответствует потери сухого боксита:

7,02 * 100 / 46,4 = 15,1 кг.

Отсюда в шихте, поступающей на спекание, содержится сухого боксита:

2522,01 – 15,1 = 2506,9 кг

Или влажного боксита:

2506,9 / 0,93 = 2695,59 кг.

В сухом боксите содержится, кг:

Al2O 3 …………………………………2506,9 * 0,464 = 1163,2;

Fe2O 3………………………………….2506,9 * 0,269 = 674,36;

SiO 2 …………………………………..2506,9 * 0,108 = 270,75;

TiO2……………………………………2506,9 * 0,0163 = 40,86;

СаО ……………………………………2506,9 * 0,0375 =94,01;

СO 2 ……………………………………2506,9 * 0,0167 = 41,87 ;

Прочие …………………………………2506,9 * 0,0043 = 10,78 ;

П.п.п……………………………………2506,9 * 0,0842 = 211,08 ;

Н2O……………………………………..2695,59 - 2506,9 = 188,7.

На приготовление шихты поступает также 120 кг белого шлама. В нем содержится, кг:

Al2O 3 ………………………………………120 * 0,313 = 37,56;

Na2О………………………………………...120 *0,194 = 23,28;

Fe2O 3……………………………………….120 * 0,031 = 3,72;

SiO 2 ………………………………………..120 * 0,294 = 35,28;

СаО ………………………………………...120 * 0,029 = 3,48;

СO2 ……………………………………..120 * 0,021 = 2,52; П.п.п……………………………………...…120 * 0,118 = 14,16.

При влажности 34,0% с отмытым белым шламом поступает промводы:

120 * 34 /66 = 61,82 кг.

Состав которой берут по данным практики и в которой содержится, кг:

Al2O 3 = 0,30; Na2Ообщ = 0,32; СO 2 = 0,04; Н2O = 61,16

В алюминатном растворе после выщелачивания содержится Al2O 3:

1163,2 + 57,86*1 – (3,51 + 2,34 + 150,95 + 5,85)*2  = 1058,41 кг.

где *1 = поступает Al2O3 с белым шламом 37,56 кг, 0,30 кг – с промводой, 20,0 кг – поступает с алюминатным раствором (принимаем условно); *2 = потери Al2O3 на переделах от спекания до обескремнивания.

Тогда в алюминатном растворе после выщелачивания содержится SiO2:

1058,41 / 30 = 35,28 кг.

В растворе после I стадии обескремнивания содержится Al2O3:

1058,41 – 37,56 = 1020,85 кг.

SiO2: 1020,85 / 400 = 2,55 кг.

На I стадии обескремнивания выделится SiO2 35,28 кг, а на II стадии 2,55 кг. Эти 2,55 SiO2 связаны в соединении 3 СаО · Al2O3 · 0,18 SiO2 * 5,6 Н2O с 39,67 кг СаО, 24,08 кг Al2O3 и 23,80 кг Н2O.

Следовательно, на II стадии обескремнивания выделится шлам:

39,67 + 24,08 + 2,55 + 23,80 = 90,10 кг.

После регенерации Al2O3 из этого шлама образуется карбонатный шлам, в котором содержится 39,67 кг СаО в виде СаСO3. С 39,67 кг СаО связано 31,17 кг СO 2. При влажности шлама 30% он содержит Н2O:

(39,67 + 31,17) * 30/70 = 30,36 кг.

Итого карбонатного шлама: 39,67 + 31,17 + 30,36 = 101,2 кг.

 

Рассчитываем состав шихты. В известняке содержится СаОакт:

54,2 – 2,43 = 51,77%*3

*3 – (1,3 * 2 * 56)/ 60 = 2,43% СаО  свяжется с 1,3% SiO2 в 2 СаО · SiO2.

При СаО / (SiO2 + TiO2) = 2,0 для связывания SiO2 и TiO2 в боксите и белом шламе потребуется:

2,0 * ((270,75 + 35,28) / 60 + 40,86/80) = 11,22 моля, или 56 * 11,22 = 628,32 кг, где (270,75 + 35,28)/60 – число молей SiO2 в боксите и белом шламе;

40,86 / 80 – число молей TiO2 в боксите.

С бокситом поступает 94,01 кг СаО, с карбонатным шламом 19,83 кг, с белым шламом 3,48 кг. Следовательно с известняком должно поступать:

628,32 – (94,01 + 19,83 + 3,48) = 511 кг.

Это количество содержится в 511*100/51,77 = 987,06 кг сухого известняка, или в 987,06/0,94 = 1050,06 кг влажного.

С этим известняком в шихту вводится, кг:

СаО…………………………………...987,06 * 0,542 = 534,99 кг

СO2……………………………………987,06 * 0,426 = 420,49 кг

SiO2…………………………………...987,06 * 0,013 = 12,83 кг

Прочие……………………………….987,06 * 0,019 = 18,75 кг

Н2O …………………………………..1050,6 – 987,06 = 63,54кг

При Na2О/(Al2O3 + Fe2O3) = 1,0 для связывания Al2O3 и Fe2O3 в боксите и белом шламе потребуется Na2О:

(20 + 1163,2 + 37,56 + 0,3)/102 + (674,36 + 3,72)/160 = 16,208 моля или 62·16,208 = 1004,9 кг. Где (20 + 1163,2 + 37,56 + 0,3)/102 – число молей Al2O3 в боксите и белом шламе (твердая и жидкая фазы) и оборотном растворе; (674,36+3,72)/160 – число молей Fe2O3 в боксите и белом шламе. Это количество Na2О (1004,9 кг) вносится: с белым шламом 23,28 + 0,32 = 23,6 кг (твердая и жидкая фазы); с кальцинированной содой 87,74 кг; с содовым раствором

1004,9 – (23,6 + 87,74) = 893,56 кг.

Пусть карбонизация идет до αк=2,7. Тогда, если в оборотном растворе осталось 20,0 кг Al2O3, в нем будет Na2Ок: 62·20·2,7/102 = 20·2,7/1,645 = 32,82 кг; а Na2Оу:

893,56 – 32,82 = 860,74

Этому содержанию щелочи соответствует СО2:

860,74 * 44 / 62 = 610,85 кг

Если концентрация Na2Оу 310 г/л, а плотность раствора 1440 кг/м3, то объем раствора:

860,74/310,1 = 2,78 м3

а масса его:                         2,78 * 1440 = 4003,2 кг.

В этом растворе содержится Н2O:

4003,2 – (20 + 893,56 + 610,85) = 2478,79

По результатам расчетов составляем баланс приготовления шихты.

 

Таблица 2 – Баланс приготовления шихты

Введено, кг		Получено, кг
Боксит:		Пульпа:
Al2O3	1163,2	Al2O3	1221,06
Fe2O3	674,36	Fe2O3	678,08
SiO2	270,75	SiO2	318,86
TiO2	40,86	TiO2	40,86
СаО	94,01	СаО	652,31
СО2	41,87	СО2	1153,62
Прочие	10,78	Na2Ообщ	1004,9
П.п.п.	211,08	Прочие	29,53
Н2O	188,7	П.п.п.	225,24
Итого	2695,61	Н2O	2808,13
Известняк:		Итого	8132,59
SiO2	12,83	Потери:
СаО	534,99	Na2Ообщ	0,5
СО2	420,49	Всего	8133,09
Прочие	18,75
Н2O	63,54
Итого	1050,6
Белый шлам (фазы Т+ж)
Al2O3	37,86
Fe2O3	3,72
SiO2	35,28
СаО	3,48
СО2	2,56
Na2Ообщ	23,6
П.п.п.	14,16
Н2O	61,16
Итого	181,82
Карбонатный шлам:
СаО	19,83
СО2	15,58
Н2O	15,18
Итого	50,59
Кальцинированная сода:
СО2	62,27
Na2Ообщ	87,74
Прочие	1,37
Н2O	0,76
Итого	152,14
Оборотный раствор
Al2O3	20,0

 

 

Продолжение табл. 2

 

СО2	610,85
Na2Ообщ	893,56
Н2O	2478,79
Итого	4003,2
Всего	8133,96

 

 

Спекание и дробление спека

 

Пыль, уносимая газами, улавливается в системе газоочистки (пылевые камеры, циклоны, электрофильтры) и возвращается в печь с горячего конца. При составлении баланса спекания эту пыль учитывать не будем, так как определенное количество ее все время находится в обороте и называется оборотной.

Потери Al2O3 с газами, выбрасываемыми в атмосферу, и другие потери Al2O3 и всех компонентов при спекании составляют 0,3 %; около 0,2% Al2O3 спека теряется при его дроблении (см. табл.№1).

Таблица3 – Баланс спекания шихты и дробления спека

Введено, кг		Получено, кг
Пульпа:		Дробленный спек:
Al2O3	1221,06	Al2O3	1215,21
Fe2O3	678,08	Na2Ообщ	1001,89
SiO2	318,86	Fe2O3	674,76
TiO2	40,86	SiO2	317,3
СаО	652,31	TiO2	40,66
СО2	1153,62	СаО	649,05
Na2Ообщ	1004,9	Прочие	29,39
Прочие	29,53	Итого	3928,26
П.п.п.	225,24	Потери при спекании:
Н2O	2808,13	Al2O3	3,51
Итого	8132,59	Na2Ообщ	3,01
		Fe2O3	2,03
		SiO2	0,96
		TiO2	0,12
		СаО	1,96
		СО2	1153,62
		Прочие	0,09
		П.п.п.	225,24
		Н2O	2808,13
		Итого	4198,67